Computer-Algoritmus sucht superharte Materialien

Forscher wollen bei der Suche nach neuen extrem harten Materialien zukünftig stärker auf Supercomputer setzen. An der Stony Brook University wurde nun ein Algorithmus entwickelt, der durch entsprechende Simulationen bereits vor Praxistests sagen kann, ob ein Stoff die prognostizierte Härte erreichen kann. "Der traditionelle Trial-and-Error-Ansatz bei der Suche nach neuen Materialien bringt für gewöhnlich eine Menge Schmerzen, aber nur wenig Nutzen mit sich", sagte Artem R. Oganov, Professor für Geowissenschaften und Physik, laut einem Bericht des 'Science Blog'.

Simulationen im Rechner sollen die Effizienz deutlich steigern. Denn benötigt werden harte Materialien in verschiedensten Bereichen, wie bei widerstandsfähigen Beschichtungen oder als Kopf von Schneidwerkzeugen und Bohrern. Tests haben bereits ergeben, dass der Algorithmus gut funktioniert.

Den Anforderungen an superharte Materialien entsprechen nur sehr wenige Stoffe. Der bekannteste und härteste ist Diamant, an zweiter Stelle folgt das etwas weniger bekannte kubische Bornitrid. Beide haben allerdings das Problem, dass die bei hohen Temperaturen nicht besonders stabil sind. Dadurch sind die Einsatzbereiche begrenzt.

Wissenschaftler forschen daher nach neuen Stoffen, die es in Sachen Härte mit Diamant und Bornitrid aufnehmen können, aber auch bei hohen Temperaturen nicht den Dienst versagen. So wurde angenommen, dass bestimmte Kohlenstoff-Nitrit-Verbindungen sogar härter als Diamant sein könnten.

Der Algorithmus von Oganov verneinte diese Annahme allerdings und berechnete, dass Diamant tatsächlich die härteste mögliche Kohlenstoff-Form ist. Im Zuge der Berechnungen wurden allerdings gleich eine ganze Reihe weiterer Kohlenstoff-Strukturen entdeckt, die nur ein wenig weicher als Diamant sind.

Nun wollen die Wissenschaftler mit ihrer neuen Software auch die Thesen verschiedener Materialforscher überprüfen. Im Jahr 2001 wurde beispielsweise eine unter hohem Druck erzeugte Titanoxid-Verbindung als härtestes Oxid benannt. Die Berechnungen wiesen jedoch nach, dass das Aluminiumoxid Korund deutlich härter ist.